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Article de référence | Réf : M3400 v1

Domaines d’application
Métallurgie des poudres - Appliquée aux pièces mécaniques

Auteur(s) : Gérard PUENTE, Philippe FRANÇOIS

Date de publication : 10 déc. 2011

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NOTE DE L'ÉDITEUR

28/12/2018

La norme NF EN ISO 4492 de juin 2013 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN ISO 4492 (A95-171) "Poudres métalliques à l'exclusion des poudres pour métaux-durs -
Détermination de changements dimensionnels liés à la compression et au frittage " Révision 2018

Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN1801 (février 2018).

10/01/2019

La norme NF EN ISO 4490 de novembre 2014 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN ISO 4490 (A95-113) "Poudres métalliques - Détermination du temps d'écoulement au moyen d'un entonnoir calibré (appareil de Hall)" Révision 2018

Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN1806 (juillet 2018).

RÉSUMÉ

La technologie de la métallurgie des poudres (MdP) est retenue pour la production facilitée de métaux ou d’alliages, dotés de propriétés physiques ou mécaniques particulières, comme le tungstène, le cuivre ou le graphite. Le principe est la mise en œuvre de matériaux pulvérulents consolidés par une opération thermique. A l’inverse d’un grand nombre de procédés de façonnage, les formes et les dimensions sont générées avant les caractéristiques mécaniques. Les procédés sont nombreux mais celui qui couvre le plus grand nombre d’applications est celui de la compression oedométrique uniaxiale à température ambiante. Ce procédé permet d’envisager la réduction importante des opérations de transformation, les formes et les caractéristiques physiques pouvant être générées dès la compression.

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Auteur(s)

  • Gérard PUENTE : Consultant procédés mécaniques - Ex-Directeur technique en métallurgie des poudres

  • Philippe FRANÇOIS : Responsable du service technique Europe-Inde Rio Tinto Metal Powders (QMP)

INTRODUCTION

La technologie de la métallurgie des poudres (MdP) met en œuvre des matériaux pulvérulents consolidés par une opération thermique. La préparation des poudres, leur mise en forme et les conditions thermiques varient selon les produits visés.

Elle est employée soit parce qu’elle est :

  • un moyen commode de produire certains métaux, ou alliages, dotés de propriétés physiques ou mécaniques particulières (élaboration de métaux réfractaires, tel le tungstène, d’alliages ou de pseudo-alliages de deux matériaux non miscibles à l’état liquide, comme le cuivre et le graphite, ou encore de pièces poreuses dans toute leur masse) ;

  • une méthode de fabrication relativement économique quand un grand nombre de pièces est requis.

On exploitera la grande aptitude au moulage des poudres pour l’obtention de formes complexes, ou les possibilités de diversifier les éléments constitutifs pour obtenir des structures très particulières. Ainsi, les procédés se caleront pour l’obtention de matériaux particuliers, de par leurs propriétés physico-chimiques, ou pour réaliser des composants dont les formes et la géométrie remplissent les fonctionnalités recherchées.

La technologie se distingue par le fait qu’on génère les formes et les dimensions avant les caractéristiques mécaniques, à l’inverse de nombreux autres procédés de façonnage. Il en découle des différences bien marquées.

Principaux procédés :

  • la compression oedométrique uniaxiale (à froid ou à chaud) ;

  • la compression isostatique (à froid ou à chaud (HIP) ;

  • l’injection MIM (metal injection moulder) ou PIM (powder injection molding) ;

  • formage sans compression.

Principaux marchés :

  • pièces mécaniques (automobile, réacteur, horlogerie, armement, électro portatif,...) ;

  • autolubrifiants ;

  • freinage ;

  • composants électriques (connectiques, composants magnétiques) ;

  • médical (prothèses, embout d’agrapheuse, bracket) ;

  • aciers à outillages ;

  • pièces de filtration ;

  • combustible nucléaire.

Cet exposé se focalise sur le procédé de la compression oedométrique, qui couvre les marchés les plus importants de la métallurgie des poudres. Ces marchés se caractérisent par :

  • des volumes justifiant la réalisation des moules (outillages) ;

  • la complexité et la précision des formes ;

  • la qualité des états de surface ;

  • des caractéristiques mécaniques élevées ;

  • une compétition économique sévère.

Il en résulte une volonté de réduire les opérations de transformation, donc de générer les formes et le potentiel de caractéristiques physiques dès la compression, puis de révéler ces caractéristiques tout en préservant les dimensions et la géométrie durant l’opération thermique, le frittage.

Cette orientation diffère significativement des procédés de la métallurgie des poudres où seules les caractéristiques physico-chimiques sont attendues, les formes et les dimensions s’obtenant par des façonnages ultérieurs.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-m3400


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1. Domaines d’application

On peut en distinguer six :

  • l’industrie automobile, le marché le plus important, à travers les pièces suivantes :

    • moteurs partie haute : brides injecteurs, cames, sièges et guides de soupape, roues de comptage,...,

    • moteurs partie basse : chapeaux de palier, bielles, chemises,...,

    • distributions : poulies, pignons, pignons à chaîne, galets tendeur,

    • transmissions : couronne ABS,

    • boîtes de vitesses : moyeux et bagues de synchronisation, doigts d'armement, couronnes à crabot, baladeurs, moyeux de convertisseur de couple,...,

    • amortisseurs : guides, paliers, pistons, bouchons,

    • accessoires divers : corps et entraineurs de pompes, pièces de démarreur (pignons, réducteurs), éléments d'alternateur et de démarreur ;

  • outillages électroportatif : pignonerie diverse, leviers, crabots, percussions ;

  • électro ménager : compresseurs (pistons, bielles,...), diverses pignoneries de transmission ;

  • secteurs agricole, poids lourds ;

  • travaux publics : à peu prés les mêmes applications que pour l'automobile avec les limitations de dimensions et de volume minima ;

  • patins de freins, depuis les cycles jusqu’à l’aviation, en passant par le ferroviaire.

On constate que, dans quasiment tous les cas de ce domaine d’application (exception faite des guides et sièges de soupapes ou du freinage), la MdP ne vise pas à se différencier par sa capacité à produire des matériaux particuliers, mais bien par sa capacité à produire des formes, des dimensions, des géométries et des qualités de surface à des coûts compétitifs.

Historiquement les grandes familles de composants aujourd’hui acquises à la MdP étaient produites par des procédés traditionnels de façonnage à partir d’ébauches laminées, forgées ou coulées.

Tout d’abord cantonnée aux familles de composants à faibles caractéristiques mécaniques, la technologie s’est ouverte au marché des pièces fortement sollicitées au fur et à mesure des optimisations du procédé. Dans ce domaine d’application, le procédé s’est donc souvent présenté comme une alternative économique.

Quelques...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) -   *  -  MPIF Standard Tests Methods (2010).

  • (2) - FRANÇOIS (P.), ZINTILINI (R.), PERRIN (J.), VAGNON (A.), BOUVARD (D.) -   *  -  . – Dimensional accuracy of PM steels components after sintering – Congrès PM Grenoble (2005).

  • (3) - LORENZ (S.), SIGL, DELARBRE (P.) -   *  -  . – Impact of oxygen on the microstructure and fracture morphology of Fe(Cr,Mo) – PM Steels.

  • (4) - ST-LAURENT (S.), LENIEUX (P.), PELLETIER (S.) -   *  -  . – Factors affecting the Dimensional Change of Sinter Hardening Powder Grades, Présenté à PM2Tec Conférence Chicago USA (2004).

  • (5) -   *  -  Document interne Rio Tinto Metal Powders.

  • (6) -   *  -  PM Word Congress, Granada – Spain, Prof. P. Beiss (1998).

  • ...

1 Sites web

  • MPIFMetal Powder Industries Federation : Princeton (New Jersey USA)

    http://www.mpif.org

HAUT DE PAGE

2 Normes et standards

ISO 3923-1 - Mai 2008 - Poudres métalliques – Détermination de la masse volumique apparente – Partie 1 : méthode de l'entonnoir. - -

EN ISO 3927 - Avril 2011 - Poudres métalliques à l'exclusion des poudres pour métaux durs – Détermination de la compressibilité sous compression uniaxiale. - -

DIN ISO 3995 - Mai 1991 - Poudres métalliques – Détermination de la résistance de comprimés rectangulaires à cru. - -

EN ISO 4490 - Février 2009 - Poudres métalliques – Détermination du temps d'écoulement au moyen d'un entonnoir calibré. - -

DIN ISO 4492 - Août 1987 - Poudres métalliques à l'exclusion des poudres pour métaux durs. Détermination des changements dimensionnels liés à la compression et au frittage. - -

EN ISO 5755 - Avril 2010 - Matériaux métalliques frittes – Spécifications. - -

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